「宇宙より古い星」の発見から始まる宇宙のミステリーとは？

by pxhere

宇宙の起源については諸説ありますが、2019年現在では138億年前に発生したビッグバンにより宇宙が誕生し、その際の激しい爆発から生じた物質で星々が形作られたというのが定説となっています。しかし、地球から約200光年離れた場所にある恒星HD 140283、通称メトシェラの推定年齢はなんと140億年以上で、宇宙が138億年前に始まったという説と矛盾しています。宇宙と天文学を専門とするニュースサイトSpace.comが、「宇宙より古い星が存在する」という矛盾と宇宙の謎に挑む天文学者たちに迫りました。

How Can a Star Be Older Than the Universe? | Space
https://www.space.com/how-can-a-star-be-older-than-the-universe.html

メトシェラとは旧約聖書の創世記に登場する人物で、969歳まで生きたとの伝説が残されています。そんなメトシェラにちなんだ呼び名を持つHD 140283は、既知の天体としては最古の星で、発見当初は推定年齢160億年と見積もられました。当然、宇宙より古い星が存在するというのは矛盾しているため、多くの天文学者がHD 140283の年齢の再測定を行いました。ペンシルベニア州立大学の天文学者ハワード・ボンド氏もその1人です。

by Digitized Sky Survey (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech, and UKSTU/AAO

ボンド氏と共同研究者らはまず、ハッブル宇宙望遠鏡が2003年から2011年の間に観測した11セットのデータを詳細に検証し、地球とHD 140283の距離を確認しました。というのも、星の年齢は主に光のスペクトル分析により星を構成している物質の組成を調べて算出されるため、地球と対象との距離が誤っていれば分析にも影響が出るからです。

ボンド氏らはさらに、HD 140283を構成している物質の組成も見直しました。その結果、当初の予想よりもHD 140283の酸素の量が多いことが判明。これを踏まえてHD 140283の年齢を算出してみたところ、HD 140283の年齢を約15億年も短縮することに成功。ボンド氏らはHD 140283の年齢を144億6000万年と見積もりました。しかし、144億6000万年だとしても、宇宙の年齢である138億年よりも古いことには変わりありません。

その後、ボンド氏は追跡調査を重ねてHD 140283の年齢を142億7000万年まで短縮させました。それでもまだ宇宙の年齢である138億年よりも古いという結果となっていますが、酸素量の不確定さに起因する誤差が7億年から8億年程度という結果も出たことから、誤差の範囲内であれば宇宙の年齢よりわずかに若いとみなすこともできます。

このことからボンド氏は、「推測の不確定性を考慮すれば、宇宙の年齢と矛盾のないHD 140283の年齢が導き出されたといえるでしょう」と結論しました。

by Oleg Gamulinskiy

宇宙最古の星の謎が一応の解決をみた一方で、新たな謎も浮上しています。というのも、最新の研究により138億年という宇宙の年齢自体が誤りである可能性が浮上したためです。そもそも、138億年という宇宙の年齢は、ハッブル定数で示される宇宙の膨張率から算出されており、具体的には「1メガパーセク(約326万光年)当たり毎秒67.74kmずつ膨張している」とされています。

しかし、テキサス大学の物理学教授である小松英一郎氏らの研究チームは2019年に、「重力レンズを用いた高精度な宇宙観測の結果から、ハッブル定数は82.4だと判明した」との論文を発表。「1メガパーセク当たり毎秒82.4kmで宇宙が膨張している」とすると、宇宙の年齢は138億年より24億年も若い114億年と、大幅に短縮されることになります。

by WikiImages

もし、宇宙の年齢が114億年だった場合、HD 140283の推定年齢である142億7000万年よりはるかに若いため、「宇宙より古い星が存在する」という問題は未解決になってしまいます。この問題について、アストン大学の物理学者ロバート・マシューズ氏は、「科学の歴史を振り返ると、2つの矛盾する説が示された場合、真実は両方のミックスであることが多いです」と話しています。

マシューズ氏はさらに、「宇宙を膨張させる原動力だとされているダークエネルギーの強さなど、まだ未解明の謎が研究結果に数十億年もの誤差を与えているのではないでしょうか」と述べて、宇宙の謎を解くにはさらなる宇宙論の進展が必要になるとの見方を示しました。